化學(xué)工業(yè)中的許多反應(yīng)過程屬強(qiáng)放熱反應(yīng)過程，普遍存在著爆炸的危險(xiǎn)，對(duì)人類生命和自然環(huán)境等危害極大。我國化學(xué)工業(yè)由于技術(shù)和裝備落后，特別是在設(shè)備放大和過程調(diào)控方面存在許多問題，化工生產(chǎn)的安全性較差。如近期發(fā)生的吉林石化分公司雙苯廠'11·13'爆炸及其所引發(fā)的松花江重大水污染就是一起沉痛的悲劇事件。而采用微反應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程強(qiáng)化與微型化，可大大提高過程效率和安全性，將化工生產(chǎn)的危害降到最小。

微化工技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科交叉的現(xiàn)代化工學(xué)科前沿，目前的微化工設(shè)備主要包括微混合器、微換熱器和微反應(yīng)器等，由于設(shè)備特征尺度的微細(xì)化，與傳統(tǒng)化工設(shè)備相比，微化工設(shè)備具有高傳遞速率、易于直接放大、設(shè)備安全性高、易于控制、適應(yīng)面廣等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)過程連續(xù)和高度集成、分散與柔性生產(chǎn)。由于微反應(yīng)技術(shù)具有強(qiáng)的傳熱和傳質(zhì)能力，可大幅度提高反應(yīng)過程中的資源和能量的利用效率，減小過程系統(tǒng)的體積或提高單位體積的生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)化工過程強(qiáng)化、微型化和綠色化。

微化工技術(shù)引起世界關(guān)注

20世紀(jì)90年代初，微反應(yīng)器首次面世，就迅速引起發(fā)達(dá)國家的研究機(jī)構(gòu)和大公司的濃厚興趣和廣泛關(guān)注。目前主要研究單位有麻省理工學(xué)院、德國美茵茲微技術(shù)研究所、巴斯夫和杜邦公司等。

杜邦公司的中心研究室于1993年利用微電子加工技術(shù)制造了首個(gè)芯片反應(yīng)器，用于生產(chǎn)甲基異氰酸甲酯和氰氫酸等有毒物質(zhì)，預(yù)計(jì)該微反應(yīng)器可年產(chǎn)18噸MIC。德國政府也通過一系列計(jì)劃的制訂在加速推進(jìn)微反應(yīng)技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。日本政府在2000年制定的國家產(chǎn)業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略中已把微反應(yīng)器技術(shù)列為新的化工技術(shù)之一優(yōu)先加以資助，同時(shí)成立國家級(jí)的研究中心。美國則更多的關(guān)注于微反應(yīng)技術(shù)在傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)以及國家安全領(lǐng)域的應(yīng)用，如微能源和微動(dòng)力系統(tǒng)、微型化學(xué)激光器、星載化工廠等。目前，德國的多家從事微化工技術(shù)研究和開發(fā)的單位紛紛來中國推廣該技術(shù)，其目的是瞄準(zhǔn)并搶占中國巨大的潛在市場(chǎng)。

有待產(chǎn)業(yè)界介入

上世紀(jì)90年代以來，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所相繼開展了微型儀器以及芯片實(shí)驗(yàn)室的研究，并于2000年率先在國內(nèi)開展微化工技術(shù)的研究，籌資500多萬元組建了微加工技術(shù)平臺(tái)。目前一些高校也積極開展相關(guān)研究，如華南理工大學(xué)。經(jīng)過多年努力，我國微化工相關(guān)各學(xué)科都已取得可喜成績(jī)。大連化物所研制成功了20W~5000W質(zhì)子交換膜燃料電池用的微型氫源系統(tǒng)，集成了甲醇氧化重整、CO選擇氧化、氫氣催化燃燒、原料汽化、微換熱等過程，目前正集中力量開展微反應(yīng)器內(nèi)的精細(xì)化學(xué)品合成過程，如芳烴硝化、直接氟化、氯化、硝化、重氮化、加氫、氧化等以及乙醇催化脫水制乙烯過程，納米粒子合成等課題的研究。同時(shí)開展了微通道反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、制造與封裝，微通道內(nèi)催化劑工程設(shè)計(jì)以及微尺度系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)、傳遞現(xiàn)象、反應(yīng)規(guī)律以及系統(tǒng)放大與集成規(guī)律等應(yīng)用基礎(chǔ)的研究。

由于微化工技術(shù)的研究初期主要在高校和科研機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室研究，產(chǎn)業(yè)界雖有關(guān)注但介入不多，因此對(duì)微化工系統(tǒng)的放大和集成技術(shù)的研究機(jī)會(huì)少，大大減緩了微反應(yīng)技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。經(jīng)過10多年的研發(fā)與宣傳推廣工作，目前微化工技術(shù)已處于應(yīng)用前夜。國內(nèi)開展微化工技術(shù)的研究時(shí)間短，若能在研究初期就與產(chǎn)業(yè)界合作，可以加速微化工技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，在過程放大和系統(tǒng)集成方面積累經(jīng)驗(yàn)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)。

將在多領(lǐng)域應(yīng)用

預(yù)計(jì)未來5~15年，微化工技術(shù)將會(huì)在高效傳熱傳質(zhì)設(shè)備、精細(xì)高值化學(xué)品、基于微反應(yīng)技術(shù)的新過程、危險(xiǎn)品就地生產(chǎn)和分散資源就地轉(zhuǎn)化以及國家安全所涉及的化學(xué)化工系統(tǒng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

21世紀(jì)的化學(xué)工業(yè)，面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。微化工技術(shù)的成功開發(fā)與應(yīng)用將會(huì)改變現(xiàn)有化工設(shè)備的性能、體積、能耗和物耗，并會(huì)極大地拓寬它的應(yīng)用面，將是現(xiàn)有化工技術(shù)和設(shè)備制造的一項(xiàng)重大突破，也將會(huì)對(duì)整個(gè)化學(xué)化工領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。圖為北京化工大學(xué)開發(fā)的利用廢棄油脂生產(chǎn)生物柴油的裝置。